Estudo de Desempenho - Sistema de Cogeração em Usina de Papel e Celulose

Atividade Cogeração Sua equipe foi designada para realizar um estudo de desempenho no sistema de cogeração de uma usina de papel e celulose A planta de cogeração é baseada no ciclo Rankine ciclo de potência a vapor e é utilizada para atender a demanda térmica de dos processos produtivos da usina A Tabela 1 apresenta o consumo detalhado de vapor e eletricidade de cada processo Tabela 1 Dados do processo Consumo de vapor kgs Consumo de Etapa do processo 06 MPa 12 MPa eletricidade MW Cozimento 278 1667 18 Evaporaçãocaustificação e caldeira de recuperação 2083 833 105 Branqueamento 417 0 45 Secagem 2889 75 27 Total 5667 325 60 A pressão máxima do vapor no ciclo é de 5 MPa e a temperatura máxima é de 490C A pressão mínima do ciclo é 15 kPa Como pode ser observado na Tab1 o processo produtivo demanda o fornecimento de vapor saturado a duas pressões diferentes O vapor necessário é produzido em dois trocadores de calor P1 e P2 O trocador de calor P1 produz 325 kgs de vapor saturado a 12 MPa ponto 19 e o trocador de calor P2 produz 5667 kgs de vapor saturado a 06 MPa ponto 21 em ambos os processos o vapor retorna ao respectivo trocador de calor como líquido comprimido 5C abaixo da temperatura de saturação correspondente à pressão de operação Na saída do processo P1 ponto 11 e do processo ponto 12 a condição do fluido de aquecimento é de líquido saturado despreze perdas de pressão tanto do lado do fluido quente quanto do lado do fluido frio para os dois trocadores A diferença de temperatura entre a saída do fluido quente e a saída do fluido frio é de 20C em ambos os trocadores de calor P1 e P2 A eficiência isentrópica da turbina é 80 enquanto a eficiência isentrópica da bomba de 75 Uma torre de resfriamento reduz a temperatura da água de resfriamento que deixou o condensador a 35C ponto 14 e a faz retornar ao condensador novamente a 20C ponto 13 Para isso usa ar úmido a 18C e 30 de umidade relativa ponto 16 e que deixa a torre a 25C e 90 de umidade ponto 17 parte da água de resfriamento evapora com o ar úmido e deve ser reposta ponto 18 Como combustíveis do sistema de cogeração temse o licor negro obtido no processo de cozimento e cascas de eucalipto Adicionalmente para completar a demanda de energia das caldeiras é utilizado gás natural com PCI de 362 MJkg e exergia química de 3754 MJkg A eficiência térmica das caldeiras pode ser assumida em 85 Disponibilidade de combustíveis residuais e seu PCIt Licor negro 9305 kgs PCI Licor negro 14 MJkg Exergia licor negro 1551 MJkg Cascas de eucalipto 566 kgs PCI Cascas de eucalipto 572 MJkg Exergia cascas de eucalipto 696 MJkg Se a turbina a vapor tem capacidade de produzir até 85 MW determine a Qual o consumo de cada combustível para se atender a demanda térmica em kgs Especifique qual a composição de combustíveis utilizados b Qual o consumo de cada combustível para se atender a demanda térmica e elétrica em kgs Especifique qual a composição de combustíveis utilizados c Se a turbina for utilizada em sua máxima capacidade qual seria o consumo de combustível em kgs Especifique qual a composição de combustíveis utilizados Para as condições determinadas no item c determine d A potência líquida produzida na planta kW e A irreversibilidade gerada em todos os equipamentos através de balanços de exergia em kW f A eficiência exergética desta planta g A quantidade de potência elétrica que pode ser vendida para a rede de distribuição de energia elétrica kW Analise seus resultados Assuma as hipóteses que considere necessárias TV Wt P1 P2 COND TR combustivel GV B3 B2 B1 9 8 7 6 5 10 11 12 19 20 21 22 13 14 15 16 17 18